DE1816748A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

PATENTANWÄLTE Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling
Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Dipl.-Chem.
8000 MÜNCHEN 2 ■ , TAL 33
TELEFON 0811/226894 TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT
München 23. Dezember 1968 FOS-16 377 / T 295o
Matsushita Electronics Corporation
Osaka / Japan f
Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Silicium^ Germanium usw. hergestellte Halbleitervorrichtung und insbesondere auf einen auf der Oberfläche der Halbleitervorrichtung ausgebildeten Metallelektrodenfilm und auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Metallelektrodenfilms.
' übliche Verfahren zur Erlangung elektrisch guter Kontaktfilme für eine Silieiumhalbleitervorrichtung sind Vakuumverdampfung von Aluminiujna Gold usw. und stromloses oder
90 9830/10 32 . . . "
Mündliche Abreden, insbesondere durch Telefon, bedürfen schriftlicher Bestittgune Dresdner Bank München Kto. 109103 · PocMehMkkonto Manchen 11 «74
elektrolytisches Plattieren eines Nickelfilms. Der Nickelfilm wird gewöhnlich als Elektrodenmetallfilm verwendet, da leitende Drähte mit ihm verlötet werden können. Jedoch ist das Plattieren eines Nickelfilms normalerweise sehr schwierig bei mit hohem Widerstand behafteten Silicium anzuwenden. Die Adhäsionskraft zwischen dem Nickelfilm und dem Siliciumhalbleitersubstrat ist schwach und ausserdem wird der Kontaktwiderstand im Fall von Silicium vom P-Typ groß. Aus diesen Gründen ist die Verwendung von Nickelfilm eingeschränkt worden.
Um den Kontaktwiderstand zu vermindern, wird zum Aufdampfen auf das Siliciumsubstrat ein Aluminiumfilm verwen- . det. Durch Wärmebehandlung wird das Siliciumsubstrat mit dem Aluminium legiert, um dadurch die Konzentration.an Verunreinigung auf der Siliciumoberflache zu erhöhen. Anschliessend wird der Aluminiumfilm entfernt und Nickel-Plattierung angewendet. Jedoch wird'das Verfahren sehr kompliziert. Da ferner auf der Oberfläche eines Nickelfilms während der späteren Stufen oder Aufbewahrung ein Oxydfilm spontan gebildet wird, ist ein spezielles Flußmittel zur Lotung erforderlich. Das Flußmittel sollte nach Lotung vollständig entfernt werden.
Ein Goldaufdampfungsfilm ist hinsichtlich elektrischer 909830/103 2-
Leitfähigkeit ausgezeichnet. Er bildet mit Silicium bei relativ niedriger Wärmebehandlungstemperatur eine eutektische Legierung. Als Ergebnis wird ein guter unmittelbar gleichrichtender Kontakt gebildet. Daher ist die Verwendung eines Goldaufdampfungsfilms eine andere vielfach verwendete Methode zur Bildung einer Metallelektrode. Während jedoch der Goldfilm mit dem üblichen hauptsächlich λ aus Blei, Zinn, Indium, Zink und Kadmium hergestellten Weichlot gut verbunden werden, kanni wird er leicht mit diesem legiert. Ein Goldfilm einer Stärke in der Größenordnung von 1 ooo R verschmilzt mit dem Lötmaterial und verschwindet, wodurch die elektrische Verbindung unmöglich gemacht wird.
Ein auf das Oxyd, Metall und Halbleiteroberflächen aufgedampfter Chromfilm haftet sehr fest, aber das Weichlot haftet an Chrom nur wenig, da eine Verschmelzung von Chrom kaum eintritt.Verlötung mit einem Chromfilm ist sehr schwierig durchzuführen.
Es werden eine Doppelschicht aus Chrom und Gold, d.h. ein reiner auf Silicium abgeschiedener Chromfilm mit einem reinen über dem Chromfilm angeordneten Goldfilm, und eine andere Struktur, bei der Chrom und Gold nahe der Grenze der Doppelschicht mehr oder weniger vermischt und legiert sind, als die gewünschten Zwecke erfüllender Elektrodenfilm auf
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Silicium vorgeschlagen. Jedoch unterdrückt der reine Chromfilm die Diffusion von Gold in Silicium während der_ Aufdampfungsstufe oder der nachfolgenden Wärmebehandlung, so daß der Kontaktwiderstand nicht vermindert werden kann. Im Fall des vorstehend angeführten Doppelschichtfilms , wenn Silicium eine Verunreinigungskonzen-
17 —*?
tration von mehr als Io cm ~J besitzt, ist der Kontaktwiderstand des Chromfilms niedrig genug, um Nachteile in der Praxis, zu vermeiden. Es ist jedoch äußerst schwierig, den Chromfilm vollständig mittels der üblichen Ätzlösung zu entfernen, wenn ein sehr kleines Muster auf dem Film mittels des fotolithographischen Verfahrens zu bilden ist. ·
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Metalle"Iektrodenfilm einer Halbleitervorrichtung vorzusehen, die einen guten ohmschen Widerstand (niedriger spezifischer Kontaktwiderstand) mit dem Halbleitersubstrat herstellt
während es verlötet werden kann.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines derartigen Metallelektrodenfilms für eine Halbleitervorrichtung vorzusehen.
909830/103 2
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, das Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung zu vereinfachen und die Herstellung leicht zu machen.
Nachstehend wird die Erfindung durch detailierte Beschreibung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen die Adhäsionskraft zwischen dem
Siliciumoxydfilm unddem gemäß der Erfindung erhaltenen Elektrodenfilm als Punktion des Chromgehalts in der Goldchrom- " ■ ' legierung bzw. der Temperatur des Siliciumoxydfilms.
Fig. 3 und k zeigen die Beziehung zwischen dem Kontaktwiderstand des gemäß der Erfindung erhaltenen Elektrodenfilms und der Konzentration an Verunreinigung des Siliciumsubstrats, und
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform bei der die Erfindung auf einen Transistor angewendet ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Gold-Chrom-Legierungsfilm,
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der eine geeignete Chrommenge, d.h. 3 bis 13 Gew.-55 Chrom, enthält, auf einem Halbleitersubstrat abgeschieden, um dadurch auf einer Halbleitervorrichtung einen Elektrodenfilm mit starker Adhäsionskraft zu bilden, der leicht verlötet werden kann. Diese Halbleitervorrichtung kann mittels eines viel vereinfachteren Verfahrens, als den üblichen Verfahren hergestellt werden und trägt zur Verminderung der Herstellungskosten bei. Die Erfindung schließt die Nachteile des Chromfilms und des Goldfilms der bekannten Elektrodenfilmstrukturen durch die Aufdampfung eines Gold-Chrom-Legierungsfilms aus und sieht einen Elektrodenfilm mit niedrigem Kontaktwiderstand vor, der leicht mit der Halbleitervorrichtung verlötet werden kann.
Untersuchungen gemäß der Erfindung haben ergeben, daß Aufdampfung des Gold-Chrom-Legierungsfilms mittels der be- ^ kannten Verfahren, d.h. entweder durch gleichzeitige Aufdampfung von Gold und Chrom von zwei Aufdampfungsquellen im Vakuum oder durch Aufdampfung einer vorgebildeten Gold-Chrom-Legierung von einer einfachen Aufdampfungsquelle, vorgenommen werden kann. Im Fall der zuerst angeführten gleichzeitigen Aufdampfung sollte* um die Zusammensetzung des aufgedampften Legierungsfilms zu überwachen, die Aufdampfungsgeschwindigkeiten von Gold und Chrom unter Berücksichtigung
χψ 909830/Ί032
der relativen Anordnung der Quellen genau gemessen oder gleichzeitig überwacht werden. Auf diese Weise werden die industriellen Stufen zur Herstellung der Halbleitervorrichtung ziemlich kompliziert.
Im Gegensatz dazu ist das zuletzt angeführte Verfah-,ren, d.h. die Aufdampfung der vorgebildeten Legierung mit * vorgeschriebener Zusammensetzung von einer Quelle, einfacher, insbesondere im Fall einer Gold-Chrom-Legierung und leicht bei Massenproduktion anzuwenden. Der Grund dafür ist die geringe Veränderung der Zusammensetzung während der Aufdampfungsstufe. Es ist bekannt, daß die nachstehende Beziehung gilt, wenn die Legierung,-bestehend aus zwei Arten von Metall A und B mit den Aufdampfungsgeschwindigkeiten E^ bzw. Eß, von einer Quelle aufgedampft, wird. ■ " -
EA . NA PA
EB NB PB
worin IiA und Nß Gewichtsprozente, PA und Pß die der Aufdampfungsquellentemperatur entsprechende Sättigungsdampfdrucke und M^ und Mß Atomgewichte jedes Metalls A bzw. B sind. Das Verdampfungsgeschwindigkeitsverhältnis jeder Metall·
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komponente in der Gold-Chrom-Legierung kann theoretisch unter Bezug auf die von R.E. Konig, R§A Review, Bd. 23, Seite 567 (1962), gemachten Angaben berechnet werden, wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt ist.
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HO
Unter Berücksichtigung der zulässigen Zusammensetzungsveränderung in der Richtung der Filmdicke ist es praktisch, eine vorgeschriebene Legierungsmenge mit vorgeschriebener Zusammensetzung von einer einfachen Aufdampfungsquelle aufzudampfen. Es ist erwünscht, daß die Temperatur der Aufdampfungsquelle 13oo° bis 1 6000C beträgt.
Als nächstes werden detailierte experimentielle Ergebnisse einer Siliciumhalbleitervorrichtung, bei der der GoId-Chrom-Le.gerungsfilm als Elektrodenfilm verwendet wird, nachstehend in Verbindung mit dem Einfluß der Legierungszusammensetzung auf die Adhäsionskraft des Elektrodenfilms, der relativen Schwierigkeit einer Lötung und einer Fotolithographie und dem Kontaktwiderstand erläutert. Bei diesem Versuch wird eine vorgeschriebene Menge Gold-Chrom-Legierung aus einer Aufdampfungsquelle aufgedampft. Die Gold-Chrom-Legierung wird erhalten, indem Chrom und Gold in einem vorgeschriebenen Gewichtsberhältnis in einem transparenten Quarzrohr im Vakuum versiegelt werden und indem sie bei einer derartigen Temperatur erhitzt werden, daß jede Komponente vollständig geschmolzen ist. Nach Äs.chei dung, wird der Gold-Chrom-Legierungsfilm auf das Substrat durch eine Blende mit einer öffnung einer vorgeschriebenen Fläche (l,o mm im Durchmesser) aufgedampft und in die geschmolzene Lösung eines eutektischen Blei-Zinn-
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Lötmaterials getaucht. Es1 wird ein dünner Kupferdraht an das abgeschiedene Zinn-Lötmaterial gelötet und ansehliessend wird der Zugwert bestimmt, bei dem der Film abschält.
Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und der mittleren Adhäsionskraft des Gold-Chrom-Films, der auf einen Siliciumoxydfilm aufgdampft ist, der auf der Oberfläche einer dicken Siliciumscheibe gewachsen ist. Die Substrattemperatür während der Abscheidung beträgt 2oo.°C und die Dicke des Gold-Chrom-Films beträgt 4 ooo S. Es ist klar, daß mit einer Chromgehalterhöhung die Adhäsionskraft des Films' anwächst. Die Bereiche I bis V teilen die Zustände von Adhäsion zwischen dem Film und dem Lötmaterial ein, wie nachstehend erläutert wird.
Fig." 2 zeigt den Einfluß der Siliciumoxydfilmtemperatur während Aufdampfung auf die Adhäsionskraft eines GoId-Ghrom-Legierungsfilmsmit vorgeschriebener Zusammensetzung. Es ist klar, daß mit einer Verminderung der Substrattemperatur insbesondere unter ioo°C die Adhäsionskraft schwächer wird. Wenn der Film einer Wärmebehandlung unterhalb etwa 35o°G im Vakuum für weniger als etwa 3o Minuten unterworfen wird, steigt die Adhäsionskraft mit der Temperatur, sie erreicht jedoch nicht den Wert, der erhalten wird, wenn der
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Film bei der gleichen Temperatur wie das Substrat während der Aufdampfung gehalten wird. Die Adhäsionskraft zwischen dem Siliciumoxydfilm und dem auf diesen bei 2oo°C aufgedampften gewöhnlchenAkminiumfilm (ferner werden Chrom und Kupfer auf den Aluminiumfilm aufgedampft und verlötet) beträgt etwa 1 kg/mm2. Fig. 2 zeigt, daß die Adhäsion des Gold-Chrom-Legierungsfilm stärker ist. Der Gold-Chrom-Film haftet an der Oberfläche eines Siliciumsubstrats schwächer als am Siliciumoxydfilm, wenn die Substrattemperatur unterhalb loo°C liegt, während er stärker anhaftet, wenn die Temperatur oberhalb 2oo°C liegt. Die Adhäsionskraft eines auf Silicium aufgedampften Gold-Chrom-Legierungsfilms mit einem Gehalt von 5 Gew.-% Chrom, der wie eine Spiegeloberfläche geglättet ist, wird wie nachstehend angegeben gemessen.
Substrattemperatur während
Aufdampfung (T)		 Adhäsionskraft
(kg/mm2)		 o,8
5o o,5 bis M
loo 1,2 bis 2,4
2oo • 2,o bis 3,2
3oo 2,5 bis . 3,5
35o .2,8 bis 3,5
4oo 2,8 bis
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Die Untersuchung bezüglich der Zusammensetzung des auf den Siliciumoxydfilm aufgedampften Gold-Chrom-Legierungsfi3ms und der relativen Schwierigkeit, ihn zu verlöten, wird wie folgt durchgeführt. Der Legierungsfilm (Dicke H ooo S) der in Form eines kreisförmigen Musters (Durchmesser 1 mm) auf den Siliciumoxydfilm aufgedampft ist, wird in die geschmolzene Lötmateriallösung in einer deoxydierenden Atmosphäre getaucht. Anschliessend wird der Film abgezogen und werden die Adhäsionseigenschaft und die Feuchtigkeit des Lötmaterials beobachtet. Die Temperatur der geschmolzenen, Lösung beträgt etwa 23o°C beim euketischen Blei-Zinn-Lötmataialund etwa 26o°C beim Zinn und dem eutektischen Zinn-Silber-Lötmaterial. Gemäß den Ergebnissen ist der Legierungsfilm im Bereich I von Fig.l sofort mit dem Lötmaterial verschmolzen und verschwindet. Im Bereich II ist der Film teilweise verschmolzen und verschwindet, wenn die Lösung mittels des Substrats bewegt " wird. Im Bereich III sind difc Feuchtigkeit und die Adhäsion des Lötmaterials befriedigend. Im Bereich IV wird die Adhäsionsgleichmäßigkeit zerstört und im Bereich V geht die Adhäsion vollständig verloren. Daher ist hinsichtlich der Leichtigkeit einer Lötmaterialadhäsion der Chromgehalt im Gold-Chrom-Legierungsfilm im Bereich zwischen 3 und 13 Gew.-SS am geeignetsten.
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Die minimale Dicke des Gold-Chrom-Aufdampfungsfilms beeinflußt die Qualität der Lötmaterialadhäsion. Wenn die Filmdicke weniger als 1 ooo S beträgt und der Chromgehalt gering ist, wird der Film mit dem Lötmaterial verschmolzen und verschwindet. Daher ist besondere Sorgfalt beim Lötungsverfahren erforderlich. Die geeignete Dicke des Elektrodenfilms scheint mehr als 1 ooo S zu sein. Praktisch ist keine besondere Sorgfalt erforderlich, wenn die Dicke 2 ooo S bis Io ooo S beträgt. Da Gold teuer ist, und einen nicht zu vernachlässigenden Teil der Herstellungskosten bildet, ist es nicht vorteilhaft, die Filmdicke über den vorstehend angegebenen Wert zu erhöhen.
Die relativ schwierige Aufgabe, den auf das Siliciumsubstrat aufgedampften Gold-Ohrom-Legierungsfilm zu verlöten, wird kompliziert j da sie von der Endeigenschaft der Silicium- W oberfläche und der Substrattemperatur abhängt. Wenn im allgemeinen keine Farbveränderung infolge der LegierungSeigenschait zwischen dem Siliciumsubstrat und dem Gold-Chrom-Legierungsfilm beobachtet wird, ist die relative Schwierigkeit, den Legierungsfilm zu verlöten, etwa die gleiche, wie im Fall des Siliciumoxydfilms. Wenn jedoch die Farbveränderung beträchtlich ist, wird eine Verlötung mit einer Goldgehaltverminderung oder einer Chromgehalterhöhung^ nahe der Legierungsfilmoberfläche schwieriger. Die Legierungs-
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eigenschaft zwischen dem Film und dem Substrat wird bemerkenswert, wenn die Substrattemperatur eine gewisse Grenze überschreitet oder wenn die Siliciumsubstratoberfläche schlecht oberflächenbehandelt ist, indem sie Mikrorisse oder Gitterfehler enthält. Wenn ferner der Film dünner ist, ist die Farbveränderung groß. Wenn z.B. die Siliciumoberfläche in der Art einer Spiegeloberfläche mit einigen Fehlern oberflächenbehandelt ist, tritt keine Farbveränderung infolge der Legierungseigenschaft bei einer Dicke von k ooo S auf, und der Film wird leicht verlötet, wenn der Film aufgedampft ist, während das Substrat bei einer viel höheren Temperatur, z.B. 4oo°C, als der Gold-Silicium-Eutektikumtemperatur (37o°C) gehalten wird. Andererseits unterliegt das Siliciumsubstrat nur einer Reinigungsbehandlung nach dem eine Polierung zur .Legierungsbildung abgeschlossen ist. Wenn z.B. das Siliciumsubstrat unter Verwendung eines 1 ooo Maschen-Aluminiumoxyds (if 1 ooo) als Poliermaterial und i
einer Glasplatte als Polierplatte unter der Bedingung eines
ρ
Drucks von· etwa 25 g/cm und einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 5o cm/Sek. hergestellt wird, wird eine Farbveränderung durch die Legierungseigenschaft im Gold-Chrom-Film beobachtet, wenn die Substrattemperatur während der Auf-. dampfung höher als etwa 25o°C ist.
Es wird die Farbe, die der Film von Natur besitzt, e'rhal-909830/1032
ten, wenn die Aufdampfung abgebrochen wird, wenn der Film die Legierungseigenschaft bewirkt. Danach wird die SiIiciumsubstrattemperatur unter die Gold-Silicium-Eutektikum-Temperatur oder 25o°C gesenkt, sei es daß das Siliciumsubstrat zum Aufweisen einer Spiegeloberfläche oberflächenbehandelt oder durch Polieren verarbeitet ist. Anschliessend wird die Aufdampfung wieder fortgesetzt.
Die Adhäsionskraft eines Gold-Chrom-Films, der über dem Film angeordnet ist, der dfe Legierungseigensdiaft bewirkt hat, ist nahezu gleich der des Aufdampfungsfilms auf dem Substrat mit einer Spiegeloberfläche, d.h. 2,8 bis
3»5 kg/mm . Der Gold-Chrom-Film, der bei einer Temperatur
ohne Legierungsbildung aufgedampft ist, erleidet keine Farbveränderung und keine Schwierigkeit bezüglich Verlötung ohne Rücksicht auf die Oberflächeneigenschaft, soweit der Film im Vakuum oder in einem inerten Gas für einige ™ Dutzend Minuten unterhalb der Gold-Silicium-Eutektikumtemperatur erhitzt wird. Wenn jedoch der Film für eine lange Zeit oberhalg der eutektischen Temperatur erhitzt wird, wird Legierung gebildet.
Es wurde bei vielen Versuchen gefunden, daß die relative Schwierigkeit,einen mittels der üblichen fotolitho-
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graphischen Verfahren behandelten Gold-Chrom-Legierungsfilm zur Bildung eines gewünschten Musters zu ätzen, weitgehend von der Legierungszusammensetzung anhängt. Wenn der Chromgehalt weniger als Io Gew.-% beträgt, kann die übliche Widerstandsfilm- und Goldätzlösung, d.h. Lösung eines Jod- und Bromsystems, verwendet werden, und das Muster besitzt gute Reproduzierbarkeit, Bei einem Chromgehalt von mehr als loo Gew.-% sollte die Lösung gleichzeitig sowohl Gold als auch % Chrom erodieren, d.h. Königswasser ist erforderlich. Bezüglich des Widerstandsfilms und der Ätzbehandlung ist nur geringe Vorsicht erforderlich. Wenn die Legierungseigenschaft zwischen der Gold-Chrom-Legierung und der Siliciumoberfläche ohne QxydfiLlm beobachtet wird, können alternativ die üblichen Gold-Silicium- und Silber-Lösungen zur Entfernung der Legierung verwendet werden. Wenn der Gold-Chrom-Legierungsfilm unter einer derartigen Bedingung aufgedampft ist, daß die Chromoxydation beträchtlich ist, begegnet man beim Ätzen j
einer großen Schwierigkeit. Daher sollte der restliche Gasdruck während Aufdampfung unter 5 x Io Torr gehalten werden.
Der Kontaktwiderstand zwischen der Gold-Chrom-Legierung und Silicium hängt nicht vom Chromgehalt ab, soweit die Legierungs zusammensetzung in dem gemäß der Erfindung angewendeten Bereich liegt. Die Beziehung zwischen dem Kontaktwiderstand und der Substrattemperatur während der Aufdampfung im
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- te -
Fall einer Siliciumplatte vom N-Typ, die wie. eine Spiegel-Oberfläche oberf läöhenbehanfelfc wurde und eine Konzentration an Verunreinigung von 1 χ Io l/cm besitzt, wird in der nachstehenden Tabelle gezeigt. Es ist ersichtlich, daß
der Kontaktwiderstand mit der Substrattemperatur wächst.
Substrattemperatur (T)
loo 2oo. 3oo 35o
Kontaktwiderstand
(Xl cm2)		 I • CVJ X ίο"2
5 2,5 X 10-3
8 X lo"4
X ίο"11
X Ιο"*
Das bedeutet, daß an der Grenze zwischen Silicium und dem. Gold-Chrom-Film Legierung gebildet wird, obgleich keine Farbveränderung der Filmoberfläche eintritt.
In Fig. 3 und 4 ist der Kontaktwiderstand eines GoId-Chrom-Elekrtodenfilms mit einem Gehalt von 5 Gew.-%,Chrom aufgedampft auf eine Siliciumplatte, gegen die Konzentration von Verunreinigung im Silicium dargestellt. Die Siliciumplatte
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181674»
/3 -
hat eine Spiegeloberfläche und wird bei einer Temperatur von 3oo°C gehalten. In diesen Figuren werden die Widerstände.von üblicherweise verwendetem Aluminiumaufdampfungsfilm und Nickelfilm, erhalten durch stromloses Plattieren, zum Vergleich gezeigt. Es ist klar, daß der Gold-Chrom-Legierungsfilm- diese üblichen Filme hinsichtlich des Kontaktwiderstandes übertrifft. (|
Wie vorstehend angeführt wurde, sollte zur Verminderung des Kontaktwiderstandes zwischen dem Gold-Chrom-Film und dem Silicium die Substrattemperatur während der Aufdampfung so hoch wie möglich eingestellt werden. Wenn jedoch die Temperatur zu hoch ist, wird die Legierungseigen s±aft auf der Siliciumoberflache beträchtlich. Allerdings ist der Kontaktwiderstand beim Vorhandensein der Legieurngseigenschaft am niedrigsten, jedoch wird eine Verlötung schwierig. Um dies zu vermeiden, sollte der Film dicker als etwa 1 u sein oder es sollte auf ihm ein anderer Gold-Chrom-Film bei niedriger Temperatur angeordnet sein. Dies erfordert jedoch eine größere Menge an Gold- und Chrommaterial. Wenn ferner Fotolithographie auf den nur auf dem Silicium substrat angeordneten Film angewendet wird, sind zusätzliche Arbeitsstunden erforderlich, um die Legierungsschicht zu entfernen. Es wird keine bedeutsame Verbesserung bezüglich der Adhäsionskraft zwischen dem
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ίο
Gold-Chrom-Film und dem Siliciumsubstrat beobachtet, settstwenn die Substrattemperatur hoch ist. Daher sollte aus empirischen Gründen selbst für ein Substrat mit Spiegeloberfläche die maximal zulässige Temperatur des Substrats während der Aufdampfung etwa 43o°C betragen. Wenn ein niedriger Kontaktwiderstand für mit hohem Widerstand versehenes Silicium erforderlich ist, muß der Gold-Chrom-Legierungsfilm eine kleine Menge von entweder Antimon oder Gallium (weniger als 1 Gew.-%) enthalten, sei es daß das Siliciumsubstrat vom N-Typ bzw. vom P-Typ ist. Der Film wird in der gleichen Weise wie der vorstehend angeführte Gold-Chrom-Film aufgedampft. Ein höherer Gehalt an Antimon und Gallium ist von geringem Nutzen zur Herabsetzung des Kontaktwiderstandes er vermindert nur die Adhäsionskraft des Legierungsfilms. Dies kann auf den viel höheren Aufdampfungsdrucken von Antimon und Gallium beruhen, die Antimon und Gallium in den Legierungsfilm hauptsächlich während der anfänglichen Aufdampfungsstufe einführen. -
Obwohl die Erfindung vorstehend anhand einer Silicium-Halbleitervorrichtung erläutert worden ist, kann sich die Erfindung in gleicher Weise auch auf Germanium beziehen. Als nächstes wird eine Ausführungshorn gemäß der Erfindung anhand eines N-P-N-Leistungstransistors erläutert (Kollektorbasis-
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spannung PCB0 = 7,5 V, Emitterbasisspannung VEBO S 4 V, Kollektorstrom Iq = 25 A, Kollektorverlust Ρβ = 6o W, Verbindungstemperatur T. = 15o°C, Lagerungstemperatur
Te„.„. = -55° bis 15o°C), Nach dem die Halbleiterscheibe
mittels eines Diffusionsverfahrens behandelt ist, wird Gold-Chrom gemäß der Erfindung (5 Gew.-% Chrom) in einer Dicke von etwa 4 ooo 8 als Emitter- und Basiselektroden auf die Scheibe aufgedampft, wobei die Substrattemperatur bei 28o°C gehalten wird. Es werden Muster auf den Elektroden mittels Fotolithographie gebildet. Anschliessend werden die Elektroden in die geschmolzene Lösung eines Blei-Zinn-Legierungslötmaterials getaucht (Lötmaterialtemperatur: 22o° bis 23o°C und Tauchzeit: Io bis 15 Sekunden),; um dadurch Lötmaerialschichten auf den Elektrodenmustern zu bilden. Die untere Oberfläche der " Scheibe, d.h. Kollektorseite, wird mittels 1 ooo Maschen-Aluminiumoxydpulver J ■$■-■ 1 opo) poliert und der Gold-Chrom-Legierungsfilm wird aufgedampft, wobei das Substrat bei 2oo°C gehalten wird. Nachdem beschriebenen Verfahren (scribing process) wird die Vorrichtung in einer verlöteten Halterungsart., wie in Fig. 5 gezeigt ,angeordnet. Mit den·Bezugsziffern 1, 2 und 3 sind Emitter-, Basis- und * Kollektorelektroden gemäß der Erfindung bezeichnet. Mit den Bezugsziffern 4 und 5 sind Emitter- und Kollektorelek-
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trodenplatten,angebracht mittels Lötmaterialplattierung, mit Bezugsziffer 5 ist Isolierungsglas und mit -Bezugsziffern 6, 7 und 8 sind eine Halterung, Emitter und Kollektorbleidrähte bezeichnet, deren Oberflächen mittels Lötmaterialplattierung behandelt sind. Es wurde gefunden, daß die elektrischen Eigenschaften und die Eigenschaften hinsichtlich verschiedener Prüfungen bezüglich Gebrauchsdauer und Prüfungen bezüglich mechanischen Sachverhalts eines auf diese Weise erhaltenen Transistors die gleichen . wie die von bekannten oder besser als die von bekannten Transistoren sind. Ferner ist leicht zu folgern, daß sich die Erfindung auch auf einen Siliciumtransistor von gerin-. ger Leistung beziehen kann, dessen Emitter- und Basiselektroden mittels üblicher Drahtverbindung gebildet sind (Klemmverbindung oder Nagelkopfverbindung), wodurch die Verfahren zur Herstellung weitgehend vereinfacht werden.
Zusammenfassend wird festgestellt, daß sich die Erfindung auf eine Halbleitervorrichtung bezieht, deren durch eine aufgedampfte Gold-Chrom-Legierung, enthaltend 3 bis 13 Gew.-? Chrom, gebildeter Metallelektrodenfilm nicht nur einen niedrigen ohmschen Kontakt mit dem Halbleitersubstrat liefert, sondern mit diesem auch mechanisch fest verbunden werden kann. Die eutektische Blei-Zinn-Legierung kann mit
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dem Metallelektrodenfilm ohne Bewirkung einer Erosion befriedigend verlötet werden, sogar wenn der Elektrodenfilm in eine geschmolzene Lötmateriallösung getaucht wird. Die Halbleitervorrichtung mit einem derartigen Gold-Chrom-Legierungsfilm besitzt einen großen technischen Vorteil, da die Stufen zur Herstellung, insbesondere die Verbindung äußerer Elektrodenbleidrähte, sehr vereinfacht werden.

Claims (1)

  1. U -
    Patentansprüche
    1. Halbleitervorrichtung mit einer einen ohmschen Kontakt mit dem Halbleitersubstrat herstellenden Metallelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode durch
    ^ einen Gold-Chrom-Legierungsfilm mit· einem Gehalt von 3 bis 13 Gew.-% Chrom gebildet ist.
    2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat Silicium vom N-Typ ist, und daß der Elektrodenfilm durch einen Gold-Chrom-Legierungsfilm mit einem Gehalt von 3 bis 13 Gew.-% Chrom und weniger als 1 Gew.-% Antimon gebildet ist.
    3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-" kennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat Silicium vom P-Typ ist und daß der Elektrodenfilm durch einen Gold-Chrom-Legierungsfilm mit einem Gehalt von 3 bis 13 Gew.-# Chrom und weniger als 1 Gew.-% Gallium gebildet ist.
    k. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gold-Chrom-Legierungsfilm mit einer Lötmaterialschicht versehen ist.
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    5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Gold-Chrom-Legierungsfilms 1 ooo Ä überschreitet.
    6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Gold-Chrom-Legierungsfilms im Bereich von 2 ooo bis Io ooo S liegt.
    7· Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die 3 bis 13 Gew.-$ Chrom enthaltende Gold-Chrom-Legierung auf das Halbleitersubstrat von einer aus der Gold-Chrom-Legierung bestehenden Aufdampfungsquelle aufdampft, um dadurch einen niedrigen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitersubstrat und dem aufgedampften Metallfilm zu bilden.
    8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gold-Chrom-Legierung mit einem Gehalt von 3 bis 13 Ge\i.-% Chrom und weniger als 1 Gev.-i Antimon auf ein Silicium-Halbleitersubstrat von N-Typ von einer aus der Gold-Chrom-Legierung bestehenden Aufdampfungsquelle aufdampft, um dadurch einen niedrigen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitersubstrat und dem
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    aufgedampften Film zu bilden.
    9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gold-Chrom-Legierung mit einem Gehalt von 3 bis 13 Gew-% und weniger als 1 Gew.-% Gallium auf ein Silicium-Halbleitersubstrat vom P-Typ von einer aus der Gold-Chrom-Legierung bestehenden Aufdampdungsquelle aufdampft, um dadurch einen niedrigen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitersubstrat und dem aufgedampften Film zu bilden^
    10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur des Halbleitersubstrats im Bereich von loo bis 43o°C hält.
    11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bildung des Legierungsfilms mittels Vakuumaufdampfung durchführt und den restlichen Gasdruck während der Aufdampfung unterhalb 5 x lo~^ Torr hält.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2930395A1 (de) * 1978-07-28 1980-02-14 Fuji Electric Co Ltd Verfahren zum auftragen von kontaktschichten auf einen halbleiterkoerper

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3909319A (en) * 1971-02-23 1975-09-30 Shohei Fujiwara Planar structure semiconductor device and method of making the same
US5422513A (en) * 1992-10-16 1995-06-06 Martin Marietta Corporation Integrated circuit chip placement in a high density interconnect structure
AU703344B2 (en) * 1994-08-26 1999-03-25 Igen International, Inc. Biosensor for and method of electrogenerated chemiluminescent detection of nucleic acid adsorbed to a solid surface
WO1997030480A1 (en) * 1996-02-16 1997-08-21 Alliedsignal Inc. Low resistivity thin film conductor for high temperature integrated circuit electronics
US6150262A (en) * 1996-03-27 2000-11-21 Texas Instruments Incorporated Silver-gold wire for wire bonding
US6873020B2 (en) * 2002-02-22 2005-03-29 North Carolina State University High/low work function metal alloys for integrated circuit electrodes
JP7271166B2 (ja) * 2018-12-21 2023-05-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL292995A (de) * 1962-05-25 1900-01-01
NL297607A (de) * 1962-09-07
US3432913A (en) * 1962-12-26 1969-03-18 Philips Corp Method of joining a semi-conductor to a base
US3324357A (en) * 1964-01-29 1967-06-06 Int Standard Electric Corp Multi-terminal semiconductor device having active element directly mounted on terminal leads

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2930395A1 (de) * 1978-07-28 1980-02-14 Fuji Electric Co Ltd Verfahren zum auftragen von kontaktschichten auf einen halbleiterkoerper

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Publication number Publication date
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NL151845B (nl) 1976-12-15
DE1816748B2 (de) 1972-01-27
NL6818715A (de) 1969-07-01
FR1599998A (de) 1970-07-20

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